Полезно вспомнить термины, часто употребляемые в экологии и геоботанике, а также в других родственных им науках. Обобщающими понятиями являются «биогеоценоз» и «экосистема».
Биогеоценоз — это природная система организмов, живущих совместно и связанных друг с другом взаимоотношениями и взаимовлияниями в определенной среде обитания; в биогеоценоз всегда входят растения, животные и экотоп: почва, световой, водный, тепловой и газовый режимы данного местообитания. Биогеоценоз всегда имеет определенные границы, обычно совпадающие с границами фитоценозов.
Экосистема — более функциональная (по сравнению с биогеоценозом) система, включающая сообщества живых организмов и среду их обитания. Итогом деятельности такой системы (как и биогеоценоза) является накопление энергии — главный результат и сущность функционирования систем живых организмов на Земле. Экосистемы в одних случаях рассматривают как территориальные единицы природы, а в других — оценивают лишь в принципе как действующую единицу природы, без обязательного указания на ее границы. Поэтому границы экосистемы могут совпадать с границами фитоценоза и, следовательно, биогеоценоза, но могут и не совпадать с ними. Например, экологи изучают и оценивают особенности экосистем отдельных микропонижений на пойменном лугу — луж, или «блюдец», но далее их внимание может занять и весь данный луг как своеобразная природная экосистема, а еще более обобщенно могут оцениваться и все луга как природные образования — это будет общая луговая экосистема. В лесах можно получить важные и интересные данные о малой экосистеме, например, формирующейся рядом с гниющим пнем (вокруг него растения и своеобразный животный мир, в почве идут особенные процессы), но можно изучать и весь данный лес, все леса. То же можно сказать и о болотах и др. Так что конкретная экосистема может характеризоваться обобщенными сведениями о фрагментах природы, а может рассматриваться вне учета четких границ. Об этом образно сказал академик В. Н. Сукачев, один из известных отечественных биологов XX в.: «Экосистема может быть от кочки до земной оболочки». Действительно, все природные экосистемы составляют в совокупности живую природу, включающую все виды и сообщества растительных и животных организмов на Земле.
Основные типы природных экосистем, или биомов:
• наземные — тундра, тайга, широколиственные леса, луга, степи, прерии, пампасы, саванны, пустыни;
• пресноводные — реки, ручьи, озера, пруды, водохранилища, болота;
• морские — открытый океан, прибрежные воды, устья рек, впадающих в моря и океаны (эстуарии).
С уважением и гордостью упомянем здесь В. И. Вернадского, выдающегося российского ученого, создавшего в XX в. учение о земной биосфере, объединяющей все системы с живыми организмами. Живое вещество биосферы — главная ее составляющая, связывающая воедино все природные процессы. Владимир Иванович предлагал все их оценивать с использованием сходных показателей, определяя энергетичность, или производительность энергии, различных систем, начиная с экосистем. Экологи нашего времени считают, что разнообразие состава биосферы (всех живых’ организмов) является основным ресурсом, или капиталом, «страховым полисом» человечества. Оно сохранится, если сохранится биоссрера, причем принципиальное значение имеет деятельность людей, направленная на сохранение биосферы.
Давайте теперь рассмотрим продуктивность растительных сообществ. Определив продуктивность любой экосистемы, ландшафта, типа растительности и т. п., люди могут рассчитать долю возможного использования для своих целей результата жизнедеятельности системы и накопленной ею энергии.
Продуктивность растительного сообщества представляет собой итог создания органического вещества и накопления энергии в единицу времени на единице площади, которую занимает сообщество. Фактически это скорость процессов синтеза и трансформации. Рассматриваются обычно четыре ступени, или уровня, биологической продуктивности, или производства органического вещества, в процессе фотосинтеза растительными организмами и их сообществами:
1) валовая первичная продуктивность — общие скорость и результат фотосинтеза, или валовой фотосинтез — общая ассимиляция в надземной и подземной массах растений;
2) чистая первичная продуктивность — скорость и накопление органического вещества за вычетом того его количества, которое было использовано и израсходовано на дыхание самими растениями в процессе их жизнедеятельности. Это так называемый наблюдаемый результат фотосинтеза, или чистая ассимиляция; по-другому, это биологическая урожайность, то есть общая созданная масса растений;
3) фактически чистая первичная продуктивность — скорость и результат накопления органического вещества за вычетом его количества, потребленного самими растениями (на дыхание) и организмами-гетеротрофами: паразитирующими растениями, грибами, бактериями, животными и человеком. Реально это хозяйственная урожайность (что используется) вместе с тем, что остается для использования самими растениями и позволяет им выживать в периоды между активной вегетацией;
4) вторичная продуктивность — скорость и результат накопления органического вещества на уровне гетеротрофных организмов (то есть тех, которые не способны сами создавать органическое вещество, как зеленые растения — автотрофы). Другими словами, это животноводческая продукция, полученная за счет потребления животными урожая, созданного растениями и их сообществами.
К слову, урожай — это растительная продукция, собираемая со всей площади угодья или площади выращивания (с огорода, сада, поля, всего хозяйства, региона, зоны, страны, во всех странах мира); урожайность — это сбор с единицы площади (с 1 м2, с 1 га).
На собственные нужды (на дыхание, рост, жизненные процессы) растения обычно расходуют порядка 25% созданного ими органического вещества. Еще 5% растения выделяют в почву, в прикорневую зону — ризосферу — это вещество используется почвенными микроорганизмами. Иногда еще до 5-10% энергии органического вещества растения затрачивают на борьбу с вредителями, болезнями, восстанавливая свои ткани. Таким образом, порядка 30-40% валовой первичной продуктивности используется самими растениями. Человеку и животным остается 60-70% валовой чистой продуктивности.
Противоречие между природой и человеком заключается в том, что человек хочет «взять у природы все», не оставляя ей ничего для ее собственного выживания. Научно обоснованное использование природных ресурсов должно сглаживать это противоречие, но полностью оно снято быть не может, потому что человеку все-таки определенную часть приходится забирать у природы.
В получаемых урожаях различных сельскохозяйственных культур определяют содержание и сборы питательных веществ, важных для людей и животных (в кормовых растениях), а также содержание и сборы энергии.
Итак, природа действует в сторону самосохранения путем увеличения валовой продуктивности, а человек изымает созданное природой, увеличивая фактически чистую первичную и вторичную продуктивности (собираемый и используемый урожай), снижая этим жизненность и сохраняемость природных систем. Причем очень важно то, что острота данного противоречия разная на различных используемых людьми природных объектах. Сравним сущность хозяйствования при организации различных посадок и посевов: однолетние сельскохозяйственные культуры (любого использования) каждый год убирают полностью (что и желает человек), но для их последующего ежегодного возобновления люди вынуждены оставлять обязательно часть урожая на семена (посадочный материал). Многолетние плантации (леса с каштанами, орехами, сады, ягодники и др.) используют только для сбора плодов, а сами растения сохраняются практически полностью (к слову, плоды они сбрасывают и сами, без вмешательства человека), поэтому видимых отрицательных последствий для многолетних растений, используемых таким образом, не наблюдается. Далее, лес люди используют также своеобразно, не трогая до поры, до времени (в течение 70-100 лет и более), а затем полностью вырубая и возобновляя новыми посадками. Подобным образом используют и болота: или собирая на них ягоды и грибы, или заготовляя торф и осушая, в таком случае полностью преобразуя для новых посадок. И только луга, косимые и пастбищные, и подобные им угодья с многолетней травянистой растительностью (лесостепи, степи и т. д.) человек использует с наибольшим стрессом для многолетних кормовых травянистых растений: ежегодно, обычно по нескольку раз (особенно на пастбищах), убирая надземные побеги и оставляя основания побегов и подземные органы. Отсюда вытекает философское рассуждение: как часто в жизни то, что дороже и важнее, используется интенсивнее, без отдыха, без жалости. Но недаром существует поговорка: «Где тонко, там и рвется!» Из-за изреживания, ослабления и гибели луговых растений, особенно при, почва распыляется, сносится ветром и водами (эрозия), иногда с больших территорий. Такие площади, не защищенные сплошным растительным покровом, , становятся пустошами. Эта большая беда для людей, и она неоднократно проявлялась в истории, вызывая голод и войны за новые земли, заставляя переселяться целые народы.